2.6. Захист від шуму у виробничому середовищі 2.6.1. Загальне положення

Шум - це будь-який небажаний звук, якій наносить шкоду здо­ров'ю людини, знижує його працездатність, а також може сприяти отриманню травми в наслідок зниження сприйняття попереджуваль­них сигналів. З фізичної точки зору - це хвильові коливання пружно­го середовища, що поширюються з певної швидкістю в газоподібній, рідкій або твердій фазі.

Звукові хвилі виникають при порушенні стаціонарного стану сере­довища в наслідок впливу на них сили збудження и поширюючись у ньому утворюють звукове поле. Джерелами цих порушень бути меха­нічні коливання конструкцій або їх частин, нестаціонарні явища в газоподібних або рідких середовищах

Основними характеристиками таких коливань служить амплітуда звуково­го тиску (р, Па), частота (£ Гц). Звуковий тиск - це різниця між миттєвим зна­ченням повного тиску у середовищі при наявності звуку та середнім тиском в цьому середовищі при відсутності звуку. Поширення звукового полю супрово­джується переносом енергії, яка може бути визначена інтенсивністю звуку J(Вт/м²). У вільному звуковому полі інтенсивність звуку і звуковий тиск зв'я­зати між собою співвідношенням

(2.20)

де J - інтенсивність звуку, Вт/м² р - звуковий тиск, Па, р - густина середовища, кг/м³

С - швидкість звукової хвилі в даному середовищі, м/с.

За частотою звукові коливання поділяються на три діапазони: інфразву­кові з частотою коливань менше 20 Гц, звукові (ті, що ми чуємо) - від 20 Гц до 20 кГц та ультразвукові - більше 20 кГц. Швидкість поширення звукової хвилі С (м/с) залежить від властивостей середовища і насамперед від його густини. Так, в повітрі при нормальних атмосферних умовах С - 344 м/с; густина звукової хвилі в воді - 1500 м/с, у металах - 3000-6000 м/с.

Людина сприймає звуки в широкому діапазоні інтенсивності (від нижнього порога чутності до верхнього - больового порога). Але звуки різних частот сприймаються неоднаково (рис. 2.12). Найбільша чутність звуку людиною відбувається у діапазоні 800- 4000 Гц. Най­менша - в діапазоні 20-100 Гц.

Рис. 2.12 Залежність рівня звукового тиску, що сприяється людиною від частоти звуку (криві рівної гучності)

В зв'язку з тим, що слухове сприйняття пропорційне логарифму кількості звукової енергії були використані логарифмічні значення - рівні звукової інтенсивності (Ь) та звукового тиску (Ь_р), які виража­ються у децибелах (дБ). Рівень інтенсивності та рівень тиску звука виражаються формулами:

(2.21)(2.22)

де - значення інтенсивності на нижньому порозі чутності його людиною при частоті 1000 Гц, J₀ = 10-12 Вт/м²;

р₀ - значення звукового тиску на нижнього порозі чутності його людиною на частоті 1000 Гц, р₀ = 2 • 10^-5 Па.

На порозі больового відчуття (верхнього порога) на частоті 1000 гц значення інтенсивності = 10² Вт/м², а звукового тиску р_п = 210² Па.

Спектр шуму - залежність рівнів інтенсивності від частоти. Роз­різняють спектри суцільні (широкосмугові), у яких спектральні складові розташовані по шкалі частот безперервно, і дискретні (тональні), коли спектральні складові розділені ділянками нульової інтенсивності. На практиці спектральну характеристику шуму зви­чайно визначають як сукупність рівнів звукового тиску (інтенсивно­сті) у частотних октавних смугах. Ширина таких смуг відповідає співвідношенню ^^ = 2, де ^ - верхня частота смуги, ^ - нижня частота смуги . Кожну смугу визначають за ії середньо геометричної частоті _г = V ^ • Оскільки сприйняття звуку людиною різниця за частотою, для вимірів шуму, що відповідає його суб'єктивному сприйняттю вводять поняття коректованого рівня звукового тиску. Корекція здійснюється за допомогою поправок, які додаються у частотних смугах. Стандартні значення корекції в частотних смугах наведені у таблиці 2.10. Значення загального рівня шуму з ура­хуванням вказаної корекції по частотним смугам називають рівнем звука (дБА).

Таблиці 2.10

Стандартні значення корекції (А) рівнів звукового тиску у частотних смугах

Середньо геометричні часто­ти октавних смуг, Гц	31,5	63	125	250	500	1000	2000	4000	8000
Корекція, дБ	-42	-26,3	-16,1	-8,6	-3,2	0	1,2	1,0	-1,1

За часовими характеристиками шуми поділяють на постійні і непо­стійні. Постійними вважають шуми, у яких рівень звуку протягом робочого дня змінюється не більше ніж на 5 дБА. Непостійні шуми поділяються на переривчасті, з коливанням у часі, та імпульсні. При переривчастому шумі рівень звуку може різко падати до фонового рівня, а довжина інтервалів, коли рівень залишається постійним і перевищує фоновий рівень, досягає 1 с та більше. При шумі з коливан­нями у часі рівень звуку безперервно змінюється у часі. До імпульсних відносять шуми у вигляді окремих звукових сигналів тривалістю менше 1 с кожний, що сприймаються людським вухом як окремі удари.

Джерело шуму характеризують звуковою потужністю W(Вт), під якою розуміють кількість енергії у ватах, яка випромінюється цим джерелом у вигляді звуку в одиницю часу.

Рівень звукової потужності (дБ) джерела визначають за формулою:

, (2.23)

де W₀ - порогові значення звукової потужності, яке дорівнює 10^-12 Вт.

В випадку, коли джерело випромінює звукову енергію в усі сторони рівномір­но, середня інтенсивність звуку в будь-якій точці простору буде дорівнювати:

, (2.24)

де г - відстань від центра джерела до поверхні сфери, що віддалена на таку достатньо велику відстань, щоб джерело можна було вважати точковим.

Якщо випромінювання відбувається не в сферу, а в обмежений простір, вводиться кут випромінювання який вимірюється в стерадіанах. Тоді

(2.25)

Якщо джерело шуму являє собою пристрой, розташований на поверхні землі, то □ = 2п, у двогранному куті □ = п, у тригранному □ = п/2.

Фактором направленості джерела називають відношення інтенсивності звуку, який випромінюється в даному напрямі, до середньої інтенсивності

(2.26)

Шумові характеристики обов'язково встановлюють в стандартах або тех­нічних умовах на машини і вказують у їх паспортах. Значення шумових характеристик встановлюють, виходячи з вимог забезпечення на робочих міс­цях, житловій території і в будинках допустимих рівнів шуму.

Розрахунок очікуваної шумової характеристики є необхідною складовою частиною конструювання машини або транспортного засобу.

2.6.2 Дія шуму на людину

Шум один з основних факторів, що негативно впливає на людей у сучасних містах і на виробництві. Збільшення потужності устаткуван­ня, насиченість виробництва високо-швидкісними механізмами, різке збільшення транспортного потоку приводить до збільшення рівня шуму як у побуті так і на виробництві.

Шкідливий вплив шуму на організм людини досить різноманітний. Реакція і сприйняття шуму людиною залежить від багатьох факторів: рівня інтенсивності, частоти (спектрального складу), тривалості дії, тим­часових параметрів звукових сигналів, стану організму.

Тривалий вплив інтенсивного шуму (вище 80 дБА) на слух приво­дить до його часткової або повної втрати. Скрізь волокна слухових нер­вів роздратування шумом передається в центральну і вегетативну нерво­ві системи, а через них впливає на внутрішні органи, приводячи до знач­них змін у функціональному стані організму, впливає на психічний стан людини. Причому вплив шуму на нервову систему виявляється навіть при невеликих рівнях звуку (30..70 дБА).

Працюючі в умовах тривалого шумового впливу випробують зни­ження пам'яті, запаморочення, пьідвищену стомлюваність, дратівли­вість і ін. До об'єктивних симптомів шумової хвороби відносяться: зни­ження слухової чутливості, зміна функцій травлення, що виражається в порушенні кислотно-лужного балансу у шлунку, серцево-судинна недо­статність, нейроэндокрінового розлад. Відмічаються порушення зоро­вого та у вестибулярному апараті. Встановлено, що загальна захворюва­ність робочих гучних виробництв вище на 10-15%. Такі зрушення в роботі ряду органів і систем організму людини можуть викликати нега­тивні зміни в емоційному стані людини, якість і безпека його праці. Шум заважає відпочинку людини, зніжує його працездатність особли­во при розумової діяльності, перешкоджає сприйняттю звукових інформаційних сигналів, що може сприяти появі травма небезпечним ситуаціям. В окремих випадках зниження продуктивності праці може перевищувати 20%.

Таким чином, зменшення рівня шуму до допустимих величин і поліпшення шумового клімату в цілому - один із найважливіших заходів оздоровлення умов праці та охорони навколишнього середо­вища, і який має важливе соціальне й економічне значення.

2.6.3. Нормування та вимірювання шумів

Шкідливість шуму як фактора виробничого середовища і середо­вища життєдіяльності людини приводить до необхідності обмежувати його рівні. Санітарно-гігієнічне нормування шумів здійснюється, в основному, двома способами - методом граничних спектрів (ГС) і методом рівня звуку ^А).

Метод граничних спектрів, який застосовують для нормування постійного шуму, передбачає обмеження рівнів звукового тиску в октавних смугах із середніми геометричними частотами 31,5; 63; 125; 250; 500; 1000; 2000; 4000 і 8000 Гц. Сукупність цих граничних октав­них рівнів називають граничним спектром. Позначають той чи інший граничний спектр рівнем його звукового тиску на частоті 1000 Гц. Наприклад, «ГС-75» означає, що даний граничний спектр має на частоті 1000 Гц рівень звукового тиску 75 дБ.

Метод рівнів звуку застосовують для орієнтовній гігієнічний оцінки постійного шуму та визначення непостійного шуму, наприклад, зовніш­нього шуму транспортних засобів, міського шуму. При цьому методі вимірюють коректований по частотам у відповідності з чутливістю вуха загальний рівень звукового тиску у всьому діапазоні частот, що відпові­дає перерахованим вище октавним смугам. Виміряний таким чином рівень звуку дає змогу характеризувати величину шуму не дев'ятьма цифрами рівнів звукового тиску, як у методі граничних спектрів, а одні­єю. Вимірюють рівень звуку в децибелах А (дБА) шумоміром із стан­дартною коректованою частотною характеристикою, в якому за допо­могою відповідних фільтрів знижена чутливість на низьких та високих частотах (табл. 2.10).

Непостійний шум характеризують також еквівалентним (за енер­гією) рівнем звуку, тобто рівнем звуку постійного широкосмугового не імпульсного шуму, що має такий самий вплив на людину, як і даний непостійний шум. Еквівалентний рівень - це рівень постійного шуму, дія якого відповідає дії фактичного шуму із змінними рівнями за той же час, виміряного по шкалі «А». Для непостійного та імпульс­ного шуму нормованим параметром є еквівалентний рівень шуму у дБАекв. Для імпульсного шуму нормується також максимальний рівень шуму - у дБА.

(2.27, а)

де L_Аекв - еквівалентний рівень звуку, дБА;

^ - час дії і-го рівня;

L_i - рівень звуку, дБА і-го рівня;

п - кількість рівнів непостійного шуму.

Порядок вимірювання рівнів звуку шумомірами та розрахунок еквівалентного рівня регламентовано ДСН 3.3.6.037-99. Звичайний шумомір складається з мікрофону, підсилювача, фільтрів (корегую­чих, октавних) та приладу, що показує. Існують прилади - акустичні дозиметри, за допомогою яких безпосередньо вимірюють еквівалент­ний рівень звуку. Вимірювання шуму можна також здійснювати за допомогою сучасних компьютерів.

Вимірювання шуму проводиться на постійних робочих місцях у приміщеннях, на території підприємств, на промислових спорудах та машинах (в кабінах, на пультах управління і т. п.). Результати вимірю­вань повинні характеризувати шумовий вплив за час робочої зміни (робочого дня).

При проведенні вимірювань мікрофон слід розташовувати на висо­ті 1,5 м над рівнем підлоги чи робочого майданчика (якщо робота виконується стоячи) чи на висоті і відстані 15 см від вуха людини, на яку діє шум (якщо робота виконується сидячи чи лежачи). Мікрофон повинен бути зорієнтований у напрямку максимального рівня шуму та віддалений не менш ніж на 0,5 м від оператора, який проводить вимірювання.

Тривалість вимірювання непостійного шуму:

• для переривчастого шуму, за час повного робочого циклу з урах­уванням сумарної тривалості перерв з рівнем фонового шуму;

• для шуму, що коливається у часі, допускається загальна трива­лість вимірювання - 30 хвилин безперервно або вимірювання склада­ється з трьох десятихвилиних циклів;

• для імпульсного шуму тривалість вимірювання - 30 хвилин.

В таблиці 2.11 для прикладу наведені норми гранично допустимо­го шуму в деяких приміщеннях. Для тонального шуму, оскільки він більш неприємний для людини, ніж широкосмуговий, допустимі рівні зменшують на 5 дБ.

Таблиця 2.11

Нормовані рівні звукового тиску (дБ) та рівні шуму (дБА) робочих місцях відповідно до ДСН 3.3.6.037-99

Вид трудової діяльності	Рівні звукового тиску в октавних смугах з середнє геометричними частотами									Рівень звуку в дБА
	31,5	63	125	250	500	1000	2000	4000	8000
1. Творча діяльність, керівна робота з підвищеними вимо­гами, наукова діяльність, конструювання, викладання, проектно-конструкторські бю­ро, програмування на ОЕМ.	86	71	61	54	49	45	42	40	38	50
2. Висококваліфікована робо­та, вимірювання та аналітич­на робота в лабораторіях.	93	79	70	63	58	55	52	50	49	60
3. Робота, що виконується з вказівками та акустичними сигналами. Приміщення дис­петчерських служб, машино­писних бюро.	96	83	74	68	63	60	57	55	54	65

4. Робочі місця за пультами у кабінах нагляду та дистан­ційного керування без мов­ного зв'язку. Приміщення ла­бораторій з шумним устат­куванням.	103	91	83	77	73	70	68	66	64	75
5. Постійні робочі місця у ви­робничих приміщеннях та на території підприємств.	107	95	87	82	78	75	73	71	69	80

2.6.4. Захист від шумів

Захист від шуму повинне здійснюватися розробкою шуму безпеч­ної техніки, використанням методів та засобів колективного захисту та засобами індивідуального захисту.

Питання боротьби з шумом слід починати вирішувати ще при про­ектуванні підприємства, робочого місця, устаткування. Для цього вико­ристовуються організаційні, технічні та медично-профілактичні заходи.

До організаційних заходів відносяться раціональне розташування виробничих ділянок, устаткування та робочих місць, постійний кон­троль режиму праці і відпочинку працівників, обмеження застосуван­ня обладнання та використання робочих місць, що не відповідають санітарно-гігієнічним вимогам.

Технічні заходи дають змогу значно зменшити вплив шуму на праців­ників і поділяються на заході, що використовуються: в джерелі виникнен­ня (конструктивні та технологічні), на шляху розповсюдження (звукоізо­ляція, звукопоглинання, глушники шуму, звукоізоляційні укриття), в зоні сприйняття (засоби колективного та індивідуального захисту).

Для зниження шуму необхідно насамперед використовувати кон­структивні та технологічні методі, які в свою чергу залежать від похо­дження звуку, конструктивних особливостей обладнання. Надзвичай­но ефективним методом зниження шуму в джерелі його виникнення в деяких випадках може стати зміна технології, наприклад, за допомо­гою заміни ударних взаємодій без ударними (заміна клепання зварю­ванням, кування штампуванням літерний метод друку - лазерним тощо). При конструюванні механічного обладнання в першу чергу слід намагатися зменшити рівень коливань конструкції або її елемен­тів, що створюють шум.

Для зниження шуму механічного походження в вузлах, в яких здійснюються ударні процесі необхідно зменшить сили збурення, збільшить час контакту елементів, що взаємодіють між собою, збіль­шить внутрішні утрати в системах що коливаються, зменшити площу випромінювання звуку. Практично це досягається:

• заміною зворотні - поступального переміщення обертовим;

• підвищенням якості балансування обертових деталей;

• підвищенням класу точності виготовлення деталей;

• поліпшенням змащування;

• заміною підшипників кочення на підшипники ковзання;

• використовуванням негучних матеріали (наприклад, пластмаси);

• використовуванням вібродемпфуючіх матеріалів (мастики);

• здійснюванням віброізоляції машин від фундаменту;

• використанням гнучких сполучень;

• використовувати зубчаті передачі з спеціальним профілем або заміняти їх на мало шумні передачі (клиноремінну, гідравлічну).

Джерелами аеродинамічного шуму можуть бути нестаціонарні явища при течії газів та рідин. Засоби боротьби з аеродинамічним шумом у джерелі його виникнення досягаються:

• зменшенням швидкості руху газів;

• згладжуванням гідро ударних явищ, за рахунок збільшення часу відкриття затворів;

• зменшенням вихрів у струменях за рахунок вибору профілів тіл що обтікаються;

• дробленням струменів за допомогою насадок;

• використанням ежекторів, що зніжують випромінювання шуму на границі струмінь - довкілля.

У гідродинамічних установках (насоси, турбіни) слід запобігати виникненню кавітації, яка викликає гідродинамічний шум.

Можливе також пониження суб'єктивного сприйняття шуму за рахунок зсуву частотного спектра або в зону низьких частот, або в недоступну для людського слуху ультразвукову зону.

Джерелами електромагнітного шуму є механічні коливання електро­технічних пристроїв або їх частин, які збуджуються перемінними магніт­ними та електричними полями. До методів боротьби з цим шумом відно­сять застосування феромагнітних матеріалів з малою магнітострикцією, зменшення щільності магнітних потоків у електричних машинах за раху­нок належного вибору їх параметрів, добру затяжку пакетів пластин в осе­реддя трансформаторів, дроселів, якорів двигунів тощо; косі пази для обмоток у статорах і роторах машин, які зменшують імпульси сил взаємо­дії обмоток та розтягують ці імпульси в часі.

Якщо рівень шуму у джерелі все-таки високий, то застосовуються методи зниження шуму на путі розповсюдження і насамперед такій метод, як ізоляція джерела чи робочого місця.

Для зниження звуку, що відбивається від поверхонь у приміщенні застосування матеріалі, що поглинають звук, тобто використовують метод зниження шуму звукопоглинанням.

Шум з приміщення, де розташовано джерело шуму проникає через перегородку в тихе приміщення трьома напрямками: через перегородку, яка під впливом змінного тиску падаючої хвилі коливається випромі­нюючи в тихе приміщення шум; безпосередньо по повітрю через щіли­ни та отвори; завдяки вібрації, що утворюється в будівельних конструк­ціях. В першому та другому випадку виникають звуки, які розповсю­джуються по повітрю (повітряний шум). У третьому випадку енергія виникає і розповсюджується при пружних коливаннях конструкцій (стіни, перекриття, трубопроводи). Такі коливання називаються струк­турними або ударними звуками.

Звукова ізоляція від повітряного шуму здійснюється за допомогою кожухів, екранів, перетинок. Звукоізолюючі перепони відбивають зву­кову хвилю і тим самим перешкоджають розповсюдженню шуму. Звуко- ізолюючі перепони бувають одношарові та багатошарові.

Звукоізоляція конструкції (перетинки, стіни, вікна тощо) як фізична величина дорівнює послабленню інтенсивності звуку при проходженні його через цю конструкцію:

(².²⁷)

де И - фізичне значення звукоізоляції конструкції, дБ; J_пад - інтенсивність звуку, що падає, дБ;

J_пр - інтенсивність звуку, що пройшов через конструкцію, дБ.

Звукоізоляція однорідної перегородки без повітряних проміжків від повітряного шуму, рівень якого виражений в децибелах, може бути визначена за формулою:

, (2.28)

де G - поверхнева маса, кг/м²; f - частота, Гц.

З формули 2.28 видно: звукоізолююча здібність перегородки вища, якщо її маса збільшується; звукоізолююча здібність перегородки збільшується при збільшенні частоти звуку. Ця формула придатна для деякого середнього шуму і може слугувати для орієнтовних розрахун­ків. На деяких низьких та високих частотах виникають резонансні явища знижуючи величину звукоізоляції, які обумовлені параметра­ми жорсткості одношарової перегородки.

Підвищення звукоізоляції при збереженні незмінної маси огоро­дження досягається наступними шляхами:

• застосуванням огороджень, які складаються з двох і більше про­шарків, розділених повітряним проміжком або прошарком легкого волокнистого матеріалу;

• зміною її жорсткості підвищенням внутрішнього тертя у кон­струкції завдяки використанню відповідного матеріалу огородження, або нанесенням вібродемпфуючого шару, що дає змогу зменшити вплив резонансних коливань в конструкції.

Зниження передачі звуку через перегородки здійснюють також:

• ліквідацією усякого роду нещільностей та щілин, особливо в две­рях та вікнах, а також у місцях з'єднання різних конструкцій (напри­клад, примикання перекриття до стіни);

• ущільненням притворів, подвійним та потрійним заскленням, влаштуванням тамбурів біля дверей тощо, тобто старанною звукоізо­ляцією «слабкої ланки» огороджень - вікон, дверей;

• зменшенням непрямої передачі звуку (вибір відповідних буді­вельних конструкцій, встановленням пружних елементів та елемен­тів, що поглинають вібрації на шляху передачі звуку, раціональним розташуванням конструкцій з малою та великою масою, шарнірною закладкою конструкцій, де це допустимо, замість жорсткої тощо);

Щоб захистити від шуму обслуговуючий персонал, на виробничих ділянках з шумними технологічними процесами або особливо шум­ним устаткуванням влаштовують кабіни спостереження і дистанцій­ного керування. Їх виготовляють із звичайних будівельних матеріалів у вигляді ізольованих приміщень, обладнаних вентиляцією, оглядови­ми вікнами, дверми (з щільними притворами) та віброізоляторами для запобігання проникнення в кабіни структурного шуму. Нерідко в кабінах стеля і частина стін облицьовують звукопоглинальними мате­ріалами. Особливу увагу звертають на замазування щілин і наскріз­них отворів в місцях проходу комунікацій.

Найбільш простим і дешевим засобом зниження шуму в виробни­чих приміщеннях є використання звукоізолюючих кожухів, які повні­стю закривають найбільш шумні агрегати. Суттєві переваги цього за­собу - можливість зниження шуму на значну величину. Кожухи мо­жуть бути такими, що знімаються, або розбірними, мати оглядові вік­на, функціонуючі дверці та отвори для введення комунікацій. Виго­товляють їх зі сталі, дюралюмінію, фанери тощо. З внутрішнього боку кожухи необхідно облицьовувати звукопоглинальними матеріалами товщиною 30-50 мм.

Звукоізолююча властивість огородження залежить від його розмірів, форми, розташування, матеріалу тощо і може досягати 60 дБ (табл. 2.12).

Таблиця 2.12 Звукоізолююча властивість деяких матеріалів

Матеріал огородження	Середня звукоізолююча властивість, дБ
Брезент	4-8
Повстина волосяна завтовшки 15 мм в кілька шарів: два три чотири	9 13 17
Картон звичайний завтовшки 4 мм азбестовий завтовшки 25 мм	16 18
Тканина вовняна товщиною 2 мм	5-6
Залізо листове завтовшки, мм: 0,7 2,0	25 33
Фанера товщиною 3 мм	17
Залізобетон завтовшки, мм 80 110	44 47
Перегородка поштукатурена: із дощок завтовшки 40 мм із шлакобетонних блоків завтовшки 90 мм	30-34 42
Кладка цегляна: в 1 цеглину (25 см) в 1,5 цеглини (37 см) в 4 цеглини (100 см)	43 49 60
Стіна з двох гіпсових плит завтовшки по 8 см: без проміжку з проміжком 6 см з проміжком 10 см	44 49 51
Скло дзеркальне завтовшки 3-4 мм	28

Звукоізоляція від повітряного шуму забезпечується за допомогою звичайних будівельних матеріалів - цегли, бетону та залізобетону, металу, фанери, плит із деревних стружок, скла, тощо.

У якості звукоізолюючих матеріалів які застосовують у конструк­ціях перекриттів для зниження передачі структурного (ударного) звуку переважно в житлових і громадських будинках використовують мати та плити зі скляного та мінерального волокна, м'які плити з деревних стружок, картон, гуму, металеві пружини, утеплений ліноле­ум тощо.

Якщо, необхідно додатково знизити звукову енергію, що відби­вається від поверхонь приміщення використовують звукопоглиначі конструкції та матеріали. Це, як правило, конструкції, складені з шпа­ристих матеріалів. При терті часток повітря, що коливаються, в шпа­ринах таких матеріалів енергія звукових хвиль переходить у теплоту. Звуку поглинаючі матеріалі застосовують у вигляді облицювання внутрішніх поверхонь приміщень, або ж у вигляді самостійних кон­струкцій - штучних поглиначів, які, як правило, підвішують до стелі (рис. 2.13). У якості штучних поглиначів використовують також дра­пірування, м'які крісла і т. п.

Рис. 2.13. Звукопоглинальні конструкції:

а - облицювання огороджень приміщень; б - штучні поглиначі у вигляді кубів; в - штучні поглиначі у вигляді куліс; 1 - звукопоглинальний матеріал; 2 - будівельна конструкція; 3 - перфорований металевий або вапняковий лист (на б і в перфорація не показана); 4 - захисний шар (склотканина); 5 - повітряний проміжок; 6 - каркас

Поверхня звукопоглинального облицювання характеризується коефіцієнтом звукопоглинання а, який дорівнює відношенню інтен­сивності поглинутого звуку до інтенсивності звуку, що падає

(2.29)

V /

Коефіцієнт звукопоглинання а залежить від виду матеріалу, його товщини, шпаристості, величини зерен або діаметра волокон, існу­вання за шаром матеріалу повітряного зазору та його ширини, часто­ти і кута падіння звуку, розмірів конструкцій звукопоглинання тощо. Для відкритого вікна а = 1 на всіх частотах. Коефіцієнти звукопогли­нання деяких матеріалів наведені в таблиці 2.13.

Таблиця 2.13 Показники звукопоглинання деяких матеріалів

Виріб або конструкція	Товщина шару матеріалу виробу, мм	Повіт­ряний зазор, мм	Коефіцієнт звукопоглинання при середніх геометричних частотах октавних смуг, Гц
			63	125	250	500	1000	2000	4000	8000
Плити мінераловат- ні, акустичні	20	0	0,02	0,03	0,17	0,68	0,98	0,86	0,45	0,20
Теж саме	20	50	0,02	0,05	0,42	0,98	0,90	079	0,45	0,19
Бетонна конструк­ція, оштукатурена та пофарбована масляною фарбою			0,01	0,01	0,02	0,02	0,02	0,02	0,02	0,02

Звукопоглинанням поверхні огородження А в квадратних метрах на даній частоті називають добуток площини огородження 8 на її кое­фіцієнт звукопоглинання а:

(2.30

Звукопоглинання приміщення складається з суми звукопоглинан­ня поверхонь та звукопоглинання А штучних поглиначів.

п

(²-³¹)

де п - кількість поверхонь; т - кількість штучних поглиначів.

Сталою В приміщення називають величину

(2.³2)

де а - середній коефіцієнт звукопоглинання, який складає

(2.33)

^ '

Звичайно вважають, що звукова потужність джерела шуму не змі­нюється після улаштування звукопоглинальних конструкцій. Тому коефіцієнт зниження шуму звукопоглинальним облицюванням у децибелах визначають вдалині від джерела шуму у відбитому звуко­вому полі за формулою:

, (2.34

де В₁, В₂ - сталі приміщення відповідно до та після проведення акустичних заходів.

Використання звукопоглинальних конструкцій може дати ефект зниження шуму на 12-15 дБА поблизу від цих конструкцій. Поблизу джерела шуму ефект зниження шуму не перевищує 2-5 дБА. Однак, при цьому, за рахунок змін структури звукового поля знижуються дискомфортні акустичні умови і поліпшується слухова адаптація людини в приміщенні.

Метод зниження шуму звукопоглинанням застосовують, якщо неможливо забезпечити нормальних акустичних умов методами зни­ження шуму в джерелі випромінювання та звукоізоляції. Цей метод доцільно застосовувати, якщо у приміщенні доля прямого та відбито­го звуку майже дорівнюють один одному (дифузне акустичне поле), та є можливість облицювання звукопоглинаючим матеріалом майже 60% поверхонь у приміщенні.

Для зниження шуму різного газодинамічного обладнання викори­стовують глушники шуму.

Глушники є обов'язковою складовою частиною установок з двигу­нами внутрішнього згоряння, газотурбінними та пневматичними дви­гунами, вентиляторних та компресорних установок, аеродинамічних пристроїв тощо. Розрізняють глушники із звукопоглинальним матері­алом (активні), які поглинають звукову енергію, та без звукопогли­нального матеріалу (реактивні), які відбивають звукову енергію назад до джерела. Глушники з поглинаючими матеріалами (трубчаті, пла­стинчаті, екранні) використовують в компресорних та вентиляційних установках. На високих частотах їх ефективність може досягати 10-25 дБ. Глушники без звукопоглинаючого матеріалу (з розширюю­чими камерами, резонансні) використовують переважно в поршневих машинах, пневматичних і ротаційних двигунах та двигунах внутріш­нього згоряння. Ці конструкції настроюються на окремі частотні смузі з найбільшої енергії випромінювання і мають ефект зниження шуму до 30 дБ.

Використання засобів індивідуального захисту від шуму здійсню­ють у випадках, якщо інші (конструктивні та колективні) методи не забезпечують допустимих рівнів звуку. Засоби індивідуального захи­сту дозволяють знизити рівні звукового тиску на 7-45 дБ. Вони роз­поділяються на вкладиші у вигляді тампонів, які встромляються у слуховий канал; протишумові навушники, які закривають вушну раковину зовні; шлеми та каски. Наприклад, для зниження середньо- та високочастотних доцільно використовувати навушники типу ВЦНИИОТ-2м, або вкладиші типу «Беруши» або типу «Грибок».

2.6.5. Захист від ультра- та інфразвуку

Ультразвук широко застосовують в техніці для диспергування рідин, очищення частин, зварювання пластмас, дефектоскопії металів, очищення газів від шкідливих домішок тощо.

У техніці застосовують звукові хвилі частотою вище 11,2 кГц, тобто захоплюється частина діапазону відчутних для людини звуків. На організм людини ультразвук впливає, головним чином, при безпосе­редньому контакті з обладнанням що генерує ультразвук, а також через повітря. При дотриманні заходів безпеки робота з ультразвуком на стані здоров'я не позначається. Допустимі рівні звукового тиску ультразвуку нормовані ДСН 3.3.6.037-99 (таблиця 2.14) і складають при восьмигодинному робочому дні:

Таблиця 2.14 Допустимі рівні звукового тиску ультразвуку

Середньогеометрична частота октавних смуг, кГц	16	31,5	63 та вище
Допустимі рівні тиску, дБ	88	106	110

Для зниження шкідливого впливу підвищених рівнів ультразвуку зменшують шкідливе випромінювання звукової енергії у джерелі, локалізують дію ультразвуку за допомогою конструктивних та плану­вальних рішень, здійснюють організаційно-профілактичні заходи. Зменшення шкідливого випромінювання у джерелі досягається підвищенням номінальних робочих частот джерел ультразвуку та виключенням паразитного випромінювання звукової енергії. Для локалізації дії ультразвуку конструктивним та планувальним рішен­нями використовують звукоізолюючі кожухи, напівкожухи, екрани; окремі приміщення та кабіни, де розміщують ультразвукове облад­нання; блокування, що відключає генератор ультразвуку у разі пору­шення звукоізоляції; дистанційне керування; облицювання примі­щень та кабін звукопоглинальними матеріалами. Організаційно-про­філактичні заходи включають інструктаж про характер дії підвище­них рівнів ультразвуку та про засоби захисту від нього, а також орга­нізацію раціонального режиму праці та відпочинку.

Як засіб індивідуального захисту від ультразвуку що розповсюджу­ється через повітря використовують протишуми.

Коливання інфразвукових частот виникають у деякому вироб­ництві й на транспорті. Вони утворюються під час роботи компресо­

рів, двигунів внутрішнього згоряння, великих вентиляторів, руху локомотивів та автомобілів. Інфразвук є одним із несприятливих фак­торів виробничого середовища, і при високих рівнях звукового тиску (більше 110-120 дБ) спостерігається шкідливий вплив його на орга­нізм людини. Допустимі рівні тиску інфразвуку в октавних смугах наведені у таблиці 2.15.

Таблиця 2.15

Допустимі рівні звукового тиску у дБ в октавних смугах з середньогеометричними частотами, Гц				Загальний рівень звукового тиску, дБ лін.
2	4	8	16
105	105	105	105	110

Завдяки малому затуханню хвилі інфразвуку поширюється в атмо­сфері на великі відстані. Практично неможливо зупинити інфразвук за допомогою будівельних конструкцій на шляху його поширення. Нее­фективні також засоби індивідуального захисту. Дієвим засобом захи­сту є зниження рівня інфразвуку в джерелі його випромінювання. Серед таких заходів можна виділити є внесення конструктивних змін в будову джерел, що дозволяє перейти з області інфразвукових коливань в область звукових наприклад, за рахунок збільшення частот обертання валів до 20 і більше обертів на секунду; підвищення жорсткості колив­них конструкцій великих розмірів; усунення низькочастотних вібрацій. В цьому випадку зниження шуму може бути досягнуте застосуванням звукоізоляції та звукопоглинання.

2.7. Захист від вібрації 2.7.1. Основні положення

Вібрація це механічні коливання пружних тіл або коливальні рухи механічних систем. Для людини вібрація є видом механічного впли­ву, який має негативні наслідки для організму.

Допустимі рівні тиску інфразвуку в октавних смугах

Причиною появи вібрації є неврівноважені сили та ударні процеси в діючих механізмах. Створення високопродуктивних потужних

машин і швидкісних транспортних засобів при одночасному знижен­ні їх матеріалоємності неминуче призводить до збільшення інтенсив­ності і розширення спектру вібраційних та віброакустичних полів. Цьому сприяє також широке використання в промисловості і будів­ництві високоефективних механізмів вібраційної та віброударної дії . Дія вібрації може приводити до трансформування внутрішньої струк­тури і поверхневих шарів матеріалів, зміни умов тертя і зносу на кон­тактних поверхнях деталей машин, нагрівання конструкцій. Через вібрацію збільшуються динамічні навантаження в елементах кон­струкцій, стиках і сполученнях, знижується несуча здатність деталей, ініціюються тріщини, виникає руйнування обладнання. Усе це приво­дить до зниження строку служби устаткування, зростання імовірності аварійних ситуацій і зростання економічних витрат. Вважають, що 80% аварій в машинах і механізмах здійснюється внаслідок вібрації. Крім того, коливання конструкцій часто є джерелом небажаного шуму. Захист від вібрації є складною і багатоплановою в науково-тех­нічному та важливою у соціально-економічному відношеннях пробле­мою нашого суспільства.

Дія вібрації визначається інтенсивністю коливань, їх спектральним скла­дом, тривалістю впливу та напрямком дії. Показниками інтенсивності є середньоквадратичні або амплітудні значення віброприскорення (а), вібро- швидкості (о), віброзміщення (х). Параметри x, v, a - взаємозалежні, і для синусоїдальних вібрацій величина кожного з них може бути обчислена за значеннями іншого зі співвідношення:

(2.35)

де кругова частота вібрації, с^-1.

Для оцінки рівнів вібрації використовується логарифмічна шкала децибел. Логарифмічні рівні віброшвидкості ^_о) в дБ визначають за формулою:

, (2.36)

гг~^п—

де о - середньоквадратичне значення віброшвидкості, м/с, ( а = * — ^а²,

V ^Т і

де о_; - миттєві значення віброшвидкості за період осереднення Т); о_о - опорне значення віброшвидкості, що дорівнює 5 х 10^-8 м/с (для локаль­ної та загальної вібрацій).

Логарифмічні рівні віброприскорення ^_а) в дБ визначають за формулою:

(2.37)

де а - середнє квадратичне значення віброприскорення, м/с²; а_о - опорне значення віброприскорення, що дорівнює 3 х 10^-4 м/с².

За способом передачі на тіло людини розрізняють загальну та локальну (місцеву) вібрацію. Загальна вібрація та, що викликає коли­вання всього організму, а місцева (локальна) - втягує в коливальні рухи лише окремі частини тіла (руки, ноги).

Локальна вібрація, що діє на руки людини, утворюється багатьма ручними машинами та механізованим інструментом, при керуванні засобами транспорту та машинами, при будівельних та монтажних роботах.

Загальну вібрацію за джерелом виникнення поділяють на такі категорії:

Категорія 1 - транспортна вібрація, яка діє на людину на робочих місцях самохідних та причіпних машин, транспортних засобів під час руху по місцевості, агрофонах і дорогах (в тому числі при їх будівництві).

Категорія 2 - транспортно-технологічна вібрація, яка діє на люди­ну на робочих місцях машин з обмеженою рухливістю та таких, що рухаються тільки по спеціально підготовленим поверхням виробни­чих приміщень, промислових майданчиків та гірничих виробок.

До джерел транспортної вібрації відносять, наприклад, трактори сільськогос­подарські та промислові, самохідні сільськогосподарські машини; автомобілі вантажні (в тому числі тягачі, скрепери, грейдери, котки та ін.); снігоприбирачі, самохідний гірничошахтний рейковий транспорт.

До джерел транспортно-технологічної вібрації відносять, наприклад, екскаватори (в тому числі роторні), крани промислові та будівельні, машини для завантаження мартенівських печей (завалочні), гірничі комбайни, сам­охідні бурильні каретки, шляхові машини, бетоноукладачі, транспорт вироб­ничих приміщень.

Категорія 3 - технологічна вібрація, яка діє на людину на робочих місцях стаціонарних машин чи передається на робочі місця, які не мають джерел вібрації.

До джерел технологічної вібрації відносяться, наприклад, верстати та метало-деревообробне, пресувально-ковальське обладнання, ливарні маши­ни, електричні машини, окремі стаціонарні електричні установки, насосні агрегати та вентилятори, обладнання для буріння свердловин, бурові верста­ти, машини для тваринництва, очищення та сортування зерна (у тому числі сушарні), обладнання промисловості будматеріалів (крім бетоноукладачів), установки хімічної та нафтохімічної промисловості і т. ін.

Загальну технологічну вібрацію за місцем дії поділяють на такі типи:

а) на постійних робочих місцях виробничих приміщень підпри­ємств;

б) на робочих місцях складів, їдалень, побутових, чергових та інших виробничих приміщень, де немає джерел вібрації;

в) на робочих місцях заводоуправлінь, конструкторських бюро, лабораторій, учбових пунктів, обчислювальних центрів, медпунктів, конторських приміщень, робочих кімнат та інших приміщень для пра­цівників розумової праці.

За джерелом виникнення локальну вібрацію поділяють на таку, що передається від:

• ручних машин або ручного механізованого інструменту, органів керування машинами та устаткуванням;

• ручних інструментів без двигунів (наприклад, рихтувальні мо­лотки) та деталей, які оброблюються.

Положення стоячи

За напрямком дії загальну та локальну вібрації характеризують з урахуванням осей ортогональної системи координат X, X Z (рис. 2.14).

г

Положення сидячи

а

При охопленні циліндричних, торцевихта

близьких до них поверхонь

А

І

При

охопленні

сферичних

поверхонь

Рис. 2.14. Напрями координатних осей при дії загальної (а) та локальної(б) вібрації

За часовими характеристиками загальні та локальні вібрації поді­ляють на:

• постійні, для яких величина віброприскорення або віброшвидко- сті змінюється менше ніж у 2 рази (менше 6 дБ) за робочу зміну;

• непостійні, для яких величина віброприскорення або віброшвид- кості змінюється не менше ніж у 2 рази (6 дБ і більше) за робочу зміну.

Характер вібрації, діючої на людину від машин і об'єктів предста­влений у таблиці 2.16.

Таблиця 2.16

Характер вібрації, збуджуваної машинами

Машини (об'єкти)	Характер вібрації
Автомобілі, літаки, судна	Випадкова широкосмугова
Будівельні машини, трактори, ком­байни, трамваї, залізничний транспорт	Випадкова вузькосмугова
Металообробні верстати, компресори, текстильні машини, двигуни внут­рішнього згоряння, електродвигуни	Детермінована полігармонійна
Бурові машини, підіймальні крани, відбійні молотки, землерийні машини	Випадкова і детермінована полі- гар­монійна

2.7.2. Вплив вібрації на людину

Вплив вібрації на людину залежить від її спектрального складу, напрямку дії, прикладення, тривалості впливу, а також від індивіду­альних особливостей людини.

При оцінці вібраційного впливу потрібно враховувати, що коли­вальні процеси притаманні живому організму. В основі серцевої діяль­ності і кровообігу та біострумів мозку лежать ритмічні коливання. Внутрішні органи людини можна розглядати як коливальні системи з пружними зв'язками. Частоти їх власних коливань лежать у діапазоні 3...6 Гц. Частоти власних коливань плечового пояса, стегон і голови щодо опорної поверхні (положення стоячи) складають 4...6 Гц, голови щодо пліч (положення сидячи) 25...30 Гц.

При впливі на людину зовнішніх коливань (хитавиці, струсів, вібрації) відбувається їхня взаємодія з внутрішніми хвильовими про­цесами, виникнення резонансних явищ. Так, зовнішні коливання частотою менш 0,7 Гц утворюють хитавицю і порушують у людини нормальну діяльність вестибулярного апарата. Інфразвукові коливан­ня (менш 16 Гц), впливаючи на людину, пригнічують центральну нер­вову систему, викликаючи почуття тривоги, страху. За певної інтен­сивності на частоті 6...7 Гц інфразвукові коливання, втягуючи у резо­нанс внутрішні органи і систему кровообігу, здатні викликати травми, розриви артерій, тощо.

Вібрація, що діє на людину, має широкий діапазон - від десятих часток до декількох тисяч Гц. Характерними рисами шкідливого впливу вібрації на людину є можливі зміни у функціональному стані: підвищена втома, збільшення часу моторної реакції, порушення вестибулярної реакції. Медичними дослідженнями встановлено, що вібрація є подразником периферичних нервових закінчень, розташо­ваних на ділянках тіла людини, що сприймають зовнішні коливання. Адекватним фізичним критерієм оцінки її впливу на організм люди­ни є коливальна енергія, що виникає на поверхні контакту, а також енергія, поглинена тканинами і передана опорно-руховому апарату й іншим органам. У результаті впливу вібрації виникають нервово-су­динні розлади, ураження кістково-суглобної й інших систем організ­му. Відзначаються, наприклад, зміни функції щитовидної залози, сечостатевої системи, шлунково-кишкового тракту. Так, медичні дос­лідження показали , що у працюючих в умовах вібрації відбуваються значні зміни кістково-суглобної системи, які виражаються у функціо- нальнній перебудові кісткової тканини, регіональному остеопорозі, кистоподібних утвореннях у кістках, хронічних переломах. Відзнача­ється, що терміни виникнень змін у кістках у працівників вібраційних професій коливається в межах від 6-8 місяців до 2-5 років.

Шкідливість вібрації збільшується при одночасному впливі на людину таких факторів, як знижена температура, підвищені рівні шуму, запиленість повітря, тривала статична напруга м'язів і т. ін. Сучасна медицина розглядає виробничу вібрацію як значний стрес- фактор, що має негативний вплив на психомоторну працездатність, емоційну сферу і розумову діяльність людини, що підвищує ймовір­ність виникнення різних захворювань і нещасних випадків. Особливо небезпечний тривалий вплив вібрації для жіночого організму. Цей широкий комплекс патологічних відхилень, викликаний впливом вібрації на організм людини, кваліфікується як віброзахворювання.

Дослідження показали, що вібраційна хвороба може тривалий час протікати компенсовано, коли хворі зберігають працездатність, не звертаються за лікарською допомогою. З часом систематичний вплив вібрації обумовлює загострення хвороби, яка може мати три стадії (ступеня) тяжкості. Відзначається, що ефективне лікування віброзах- ворювання можливе лише на ранніх стадіях. Відновлення порушених

функцій протікає дуже повільно, а в окремих випадках настають необоротні зміни, що приводять до інвалідності. Таким чином, вібра­ція має значний вплив як на працездатність людини, так і на стан її здоров'я. Серед професійних патологій вібраційна хвороба займає одне з перших місць.